CAD/CAM软件技术及其在数控机床中的应用介绍了 CAD/CAM 及其软件产品,并结合数控机床,详细表达了在加工过程中使用 CAD/CAM 软件的流程步骤,适用范围和各模块在加工过程中的重要作用,提出了 数据文件转换中的问题和解决方法以及数控加工CAD/CAM集成系统的开发，概述 了网络化的开展趋势。计算机辅助设计及制造(CAD/CAM )技术已经越来越多地应用在数控加工领域， CAD/CAM软件技术也在飞速开展，出现了很多的软件产品,这些产品根据自身的 开发档次及其适用度，被广泛应用在不同加工场合，大大节省了设计制造的时间 周期，并在一定程度上提高了精度和速度。1数控机床与CAD/CAM数控技术是机械加工技术，微电子技术、监控检测技术、计算机技术、自 动控制技术等多种学科的集成，是一门新兴而又开展十分迅速的高新技术，对机 电工业及国民经济的开展具有十分重要的作用。同时，数控技术也是开展自动化 技术的根底。以数控技术为核心的数控机床、加工中心是具有代表性的、高水平 的机电一体化产品，代表了当今世界自动化技术开展的前沿。现代数控系统，采用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度和电流 都实现数字化，作为伺服控制方式也采用了超出以前的控制理论，实现了不受机 械负荷变动影响的高速响应伺服系统。从世界伺服系统的开展来看，已经经历了 步进电机f直流伺服电机f电机f交流伺服电机阶段。目前，国内大局部数控机床没有配备专门的计算机辅助制造软件，所以此 课题有很广泛的开展空间。CAD(ComputerAided Design),即计算机辅助设计,在数控加工过程中是 一种生产辅助工具，它将计算机高速而精确的运算功能，大容量存储和处理数据 的能力,丰富而灵活的图形、文字处理功能与设计者的创造性思维能力、综合分 析及逻辑判断能力结合起来,形成一个设计者思想与计算机处理能力紧密配合的 系统，大大加快了设计进程。CAD技术包括以下功能:几何建模、计算分析、仿真 与实验、绘图及技术文档生存、工程数据库的管理和共享。CAM(Computer Aided Manufacturing),即计算机辅助制造。CAM 内容广 泛,从狭义上讲指的是数控程度的编制,包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、 刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。计算机辅助设计及制造与数控机床加工结合,是现在数控机床技术应用 的主流,能够到达非常理想的加工效果。南京工业大学运动控制研究所生产的NUT系列数控雕刻机床采用控制板卡与PC连接Windows操作控制界面控制数控 电机；电气局部采用松下交流伺服系统;数控加工功能：X, Y, Z三轴联动，最高 转速5000 r /min,编码器脉冲输出16 384 p / r,主轴切割转速可达15 000 r/min, 无级调速;加工最大尺寸：2 400 mm X2 400 mm X120 mm,脉冲当量01001 mm。 使用各种CAD /CAM软件将加工思想经过软件的一系列操作生成G代码，使用执行 操作软件执行代码进而加工成品。南京工业大学运动控制研究所自行研究设计的NUT系列数控机床，结合 了雕刻机和各种设计加工软件。从计算机设计、制造到机床的加工大体上为图1 流程所示的几个步骤和模块。|修改代碍车成的后置赴理丈件图1计算机设计、制造到机床抑工的过程框图在这整个的流程中对于软件的要求很多，除了机床的电气运行以外，几乎 都离不开计算机的软件制作。对于软件大致又可以分为以下几个局部。(1) 设计软件进行零件的绘制，如很流行的绘图软件AutoCAD以及UC,PRO/E,三维在艺 术上的设计软件如3DMax, Photoshop。这里不仅仅局限于CAD软件，也包括能用 来实现加工的各种其它软件。(2) 制造软件通常指CAM软件，最终生成加工代码。大局部的制造软件也具有建模绘图 功能。根据制作应用的场合不同分为二维，二维半和三维CAM软件。如:北航海尔 的CAXA, CAXA制造工程师以及MasterCAM,ArtCAM, Cimatron等。制造软件生成 标准的G代码，然后将设计出的思想在机床上加工成型，也就是将NC代码送入机 床,机床按照指令加工出来,主要包括设置加工环境,设置加工工序,生成轨迹文 件,及后置处理等。(3) 执行软件机床执行NC代码加工，其主要工作是计算机与数控机床的通讯，可以通 过COM接口完成数据串行通讯，或者通过LPT实现并行通讯。这就需要了解不同 厂家对其通讯接口应用不同连线和接口协议。但在实际中，人们往往利用的是控 制板卡即所谓的机床控制器。这些板卡通过数据线与数控机床进行联系，而与人 之间的交互那么是由这些板卡提供的软件程序完成，现在大局部的软件程序都是 Windows界面的，简单易操作，本文把这些软件叫做执行软件，就是根据代码指令 指挥机床完成零件加工的软件。如德国的Editasc,美国的PMAC控制卡及其软件 产品，安装这些软件的同时就在系统中加载了运动卡的驱动程序，还可利用这些 驱动程序进行二次开发。2 不同软件数据间的文件转换设计制造软件较多，而应用范围各有不同，所以不同软件间的交互也是设 计者必须考虑到的问题。如,如何将CAD软件中设计的模具零件图形输入到CAM 软件中，再根据要求设置刀具参数和刀具路径，利用CAM软件自动生成NC代码； 其它非CAD的设计软件的三维模型如何让CAM软件识别等。各公司制作设计制造软件时已经考虑到了这个问题，每个软件几乎都有 与其它软件的数据转换接口，这些接口就表达在可以进行文件格式转换。这些软 件都支持多种文件格式，这样就可以在一种软件中将文件保存或者导出成其它相 关软件支持的文件格式，然后再在相关软件中翻开或者导入这个文件中。然而，这种转换过程也同样分情况的不同要作适当的调整。比方: 很多 CAM软件都接受dxf文件，但是CAD实体文件以dxf格式转化到CAM那么都必须 用CAD实体图形进行分解；3DMax文件以stl格式转化到MasterCAM中同样也需 要做一些修正，因为在转化过程中可能会有数据的丧失。这样就需要在两个不同 的软件中寻找一种最好的转换格 式。3 后置处理文件后置处理文件是CAM软件特有的一种在NC代码生成之前的设置文件。因 为没有针对某种数控机床的特定的CAM软件,而每个数控机床对G代码即NC代码 的格式要求不同,对生成NC代码起决定作用的是CAM软件的后置文件，所以要对 其进行适当的调整，以使进入机床NC代码能够被识别。后置处理实际上是一个文 本编辑处理过程,其作用就是将计算出的刀轨(刀位运动轨迹)以规定的标准格式 转化为NC代码并输出,此代码再通过软件传输到数控机床的控制器上，由控制器 按程序语句驱动机床加工。例如，NUT系列数控机床用于电气试验时，执行软件识别的G代码为G00, G01,所以CAXA设计中在生成G代码之前要进行如下的设置：(1) “应用“后置处理“后置设置里的“后置处理设置中 有个“后置文件扩展名：改为Inc;(2) “后置处理设置中将G00, G01,之外的语句去掉；(3) 将生成文件的头语句和结尾语句去掉;而在用ArtCAM生成G代码时要在Art CAM的后置文件Axyzlcon中将所有 不需要的机床执行软件不是不识别语句前全部用“; 屏蔽即可。使用MasterCAM那么要在其“后处理程序窗体中改变后缀名为1PST 的文件，并对该文件也要做相应修改，删除不识别的语句说明,这样在生成的NC 代码文件中就不会出现此类语句。4 CAD/CAM的集成系统随着CAD/CAM技术和计算机技术的开展，人们不再满足于这两者的独立 开展，从而出现了 CAM和CAD的组合，即将两者集成(一体化),这样以适应设计与 制造自动化的要求,特别是近年来出现的计算机集成制造系统(CIMS)的要求。这 种一体化结合可使在CAD中设计生成的零件信息自动转换成CAM所需要的输入信 息,防止了信息数据的丧失。产品设计、工艺规程设计和产品加工制造集成于一 个系统中,提高了生产效率。因此,我们在数控加工应用中开发出数控加工 CAD/CAM集成系统，集成系统就省去了中间繁琐的数据转换过程。CAD/CAM集成的 关键是信息的交换和共享，如UGII、Euclid、Pro/E等，在集成软件内部是以内 部统一的数据格式直接从CAD系统获取产品几何模型。目前许多三维CAD/CAM 软件提供实体设计模块和软件包。我们利用的是UG和Pro/E的实体建模功能， 包括零件的几何形状，尺寸和技术要求;然后利用Pro/E特有的CAM软件包，建立 起刀具库,完成对产品的工艺参数;最后通过软件包的翻译文件将刀具轨迹文件 翻译成G代码，进入执行软件进行机床加工过程。利用高级语言VC完成将软件包 及相关驱动集成的过程。集成CAD/CAM系统的模块仍然为图1所示。5 结束语计算机的开展及软件业的开展，推动着计算机辅助设计软件的不断改良。CAD/CAM技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向开展，在数控机床上的运 用越来越广泛，以PC技术为根底的DNC开放式系统成为软件的开展方向,而且在 这个网络无所不渗透的时代，CAD/CAM的技术也在网络化开展，借助PC技术可以 方便的实现网络化通讯，可以高效地满足生产的需求。比方在高校的实验室，实验 设备的网络共享是极为迫切的，利用网络技术与CAD/CAM技术的结合，建立 CAD/CAM设计一代码传输一机床执行一网络监控整条流程的共享，可实现全部师 生共享几台甚至一台数控机床，充分利用设备，大大节省了资金和时间。